Почему черные дыры имеют положительную энергию?


9

Как мог Хокинг получить заключение: «[...] и черные дыры имеют положительную энергию . Вот почему пустое пространство стабильно. Такие тела, как звезды или черные дыры, не могут просто появляться из ничего. Но целая вселенная может».? Это имело бы смысл для меня, если бы черная дыра имела отрицательную энергию.

Цитата из книги The Grand Design , стр. 180:

Если полная энергия вселенной всегда должна оставаться равной нулю, а создание тела требует энергии, то как можно создать целую вселенную из ничего? Вот почему должен существовать закон, подобный гравитации. Поскольку гравитация привлекательна, гравитационная энергия отрицательна: нужно сделать работу, чтобы отделить гравитационно связанную систему, такую ​​как земля и луна. Эта отрицательная энергия может сбалансировать положительную энергию, необходимую для создания материи, но это не так просто. Например, отрицательная гравитационная энергия Земли составляет менее одной миллиардной части положительной энергии частиц вещества, из которых состоит Земля. Тело, такое как звезда, будет иметь больше отрицательной гравитационной энергии, и чем оно меньше (чем ближе его части друг к другу), тем больше будет эта отрицательная гравитационная энергия. Но прежде чем она станет больше, чем положительная энергия вещества, звезда рухнет в черную дыру, а черные дыры имеют положительную энергию. Вот почему пустое пространство стабильно. Такие тела, как звезды или черные дыры, не могут появляться просто из ничего. Но вся вселенная может.

Ответы:


6

Чтобы понять это, вы должны понять, что значит иметь отрицательную или положительную энергию.

Следуя примеру, приведенному в тексте, гравитационное притяжение Земли и Луны представляет собой систему с отрицательной энергией. Это потому , что это требует энергии вход , чтобы отменить систему. Нужно приложить энергию, чтобы разделить их, таким образом, требуя ввода энергии в систему, чтобы разбить ее на части.

Материя, составляющая Землю, однако, является всей положительной энергией. Вы можете получить энергетический выход из этого вещества и , таким образом , оно должно быть положительным. Примером выхода энергии может быть гравитационная помощь вокруг Земли, радиоактивный распад ядерных материалов на Земле или аннигиляция материи-антивещества земных частиц. Любой процесс, который включает взаимодействие материи, производящее энергию в форме тепла / света / чего бы то ни было, вынимает эту энергию из материи Земли и представляет собой выход энергии. Обратите внимание, что энергия в веществе может принимать различные формы, такие как тепло, движение или просто внутренняя энергия, заключенная в веществе (через знаменитое уравнение )E=mc2

Черная дыра, как и Земля, просто состоит из материи (хотя и в неизвестной форме в сингулярности), и, как таковая, энергия может быть извлечена из этой материи, что делает ее системой с положительной энергией.


Спасибо за ваш ответ. Является ли отрицательная гравитационная энергия черной дыры больше, чем положительная энергия частиц вещества, из которых состоит черная дыра? Если нет, то как энергия Вселенной может оставаться нулевой?
Юань

2
@luyuan Я не уверен, что есть ответ на этот вопрос. Проблема в том, что очень сложно вычислить полную отрицательную гравитационную энергию черной дыры. Поскольку сила гравитации имеет неограниченный радиус действия, каждый объект во вселенной находится в пределах гравитационного поля данной черной дыры и, таким образом, вносит вклад в отрицательную энергию. Не говоря уже о том, что черная дыра сама по себе обладает отрицательной гравитационной энергией, которую вы могли бы нейтрализовать, вводя энергию для разрушения черной дыры. Но как сломать черную дыру? Это вообще возможно?
зефир

0

Причина кроется в теореме о положительной энергии в ОТО. Смотрите, для краткого качественного отчета, Википедия.

Возможно, это слишком сложно для объяснения в «Великом замысле».

Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.